嫦娥二号探测器轨道确定与支持

针对嫦娥二号探测器直接进入地月转移轨道、距月面100km高度捕获月球、完成既定任务后飞往日地第二拉格朗日平动点等飞行轨道方面的新特点,分析了定轨预报策略,利用事后精密轨道,全面评估了关键变轨点定轨预报和变轨后快速定轨的精度,其中,近月制动前3h定轨预报至近月点的位置误差为1km,速度误差为 0.3m/s 。利用不同月球引力场模型进行环月轨道精密定轨,根据实测数据残差分析和精密星历比对的结果,采用SGM100h引力场模型的定轨残差均方根最大。此外,针对嫦娥二号扩展任务,分析了不同测轨条件下的定轨精度,测量数据残差分析结果表明,在扩展任务中途修正前的定轨弧段内,测距、时延和时延率数据的残差分别为5m,5ns和1ps/s。     

考虑姿轨耦合的航天器高精度实时导航定轨方法

针对近地轨道航天器及其全球导航卫星系统(GNSS)测量数据驱动的实时导航定轨方法,使用轨道动力学原理解析了由GNSS天线安装位置与航天器质心偏差造成的定轨误差。基于航天器在轨的刚体运动特性和对地姿态特征,提出针对安装关系对应的相对速度修正项。使用姿轨耦合的分析方法,明确了基于航天器质心轨道积分和天线测量点位速修正的GNSS测量信息模拟。结合扩展卡尔曼滤波(EKF)形式的实时导航算法,分析了安装关系造成的定轨系统误差。围绕半长轴确定误差的长期变化规律,仿真证明了GNSS测量数据的位速修正在高精度实时导航定轨过程中的必要性。     

月球探测器定轨误差分量协方差分析

基于测量量的数学模型,推导环月探测器状态矢量的信息阵,建立定轨误差RTN分量的误差方程和协方差矩阵,给出了测距、测速、时延和时延率的测量误差对定轨误差RTN分量影响的数值关系。根据中国探月工程实际轨道测量数据精度和测站／基线分布情况,计算分析了2种环月轨道位置速度误差RTN分量的影响因素和误差水平。利用嫦娥-1、2月球探测器实际定轨结果,验证了分析方法的有效性。该方法对中国探月工程二期任务动力下降初始定轨误差RTN分量计算具有参考意义。     

多普勒跟踪测轨算法及测轨优化方法研究

一般的航天跟踪测量都包含伪码或侧音测距,而测距的校零问题一直是困扰系统可靠性的因素。文章通过对航天测控发展历程的回顾,深入探讨了通过多台没有测距功能的测速雷达进行定轨的多普勒跟踪测轨技术。成功地利用Levenberg Marquardt方法对非线性测量方程组进行求解,提高了定轨精度。并且通过对多普勒测速雷达的布站优化,证明六个以上测元可以对航天器定轨。     

USB测量系统测速数据最优滤波技术研究

由于目前USB测量系统测速终端数据获取不一致和微分求速方法的不足,增加了数据处理的困难和复杂性,影响了测速数据精度并限制了定轨精度的进一步提高.本文针对上述情况提出了不同条件下测速数据的最优滤波技术和方法,并从理论和仿真计算上进行了分析,结果表明采用多普勒频率连续采样和最优滤波技术将大大提高测速精度,为USB系统在今后航天任务中高精度定轨奠定了良好基础.     

航天器入轨段测轨数据误差特性及定轨结果分析

分析了航天器发射任务入轨段各类测轨数据的误差特性及入轨段各类测轨数据的常用定轨方法的定轨精度,提出了解决定轨结果一致性差、优选困难的方法,并用仿真计算结果和实战任务数据计算结果予以验证.     

实现海洋测高卫星厘米级定轨精度的策略分析

基于对多种飞机的机载GPS测量实践,提出我国海洋二号（HY-2）卫星实现厘米级精度的星载GPS定轨测量的基本要求：1）选择适合天线,捕获多颗在视GPS卫星;2）注重天线安装位置,减弱多路径效应影响;3）选用适合的GPS信号接收机,确保星载GPS测量数据优质。     

月球探测器LP精密定轨及月球重力场模型解算

对美国1998年发射的月球探测器LP任务阶段共19个月的双程测距测速轨道跟踪数据进行了精密定轨,对定轨结果通过轨道残差及重复弧段差异进行了精度评价。利用LP正常任务阶段三个月的轨道跟踪数据进行了月球重力场模型解算,通过重力场功率谱、轨道残差和月球自由空气重力异常对解算模型进行了精度评价。结果表明精密定轨及月球重力场模型解算合理。对进一步融合嫦娥一号轨道跟踪数据和LP数据解算自主的高精度月球重力场模型具有参考意义。
　
     

同波束VLBI技术在深空探测器测定轨中的应用

同波束VLBI技术即用射电望远镜的主波束同时接收两个探测器发送的信号,得到两个探测器信号的相关相位并在探测器间进行差分,去掉电离层、大气及观测装置的绝大部分影响,得到超高精度的差分相时延。差分相时延数据能准确反映两个探测器相对位置及其变化,可用来提高两个探测器的绝对和相对定轨定位精度。对同波束VLBI技术的基本原理及其在国内外深空探测器测定轨中的应用进行综述和展望。比如,我们利用同波束VLBI技术把嫦娥三号巡视器相对定位精度提高至1米,并有望把嫦娥五号轨道器和上升器的定轨精度提高至10米量级,把火星环绕器定轨精度和火星车定位精度提高至数百米等。     

VLBI并行处理方式比较分析

甚长基线干涉测量技术VLBI能够弥补传统雷达测距和多普勒测速技术对垂直于视线向位置和速度不敏感的缺陷,已被广泛应用于深空航天器精密测定轨任务中。针对集群环境下VLBI数据处理的实现问题,从计算量、通信量、可扩展性、调度复杂度等方面对基线并行、测站并行、通道并行、时间并行四种并行处理方式进行对比论述分析,分析结论对正在建设中的深空干涉测量信号处理中心的数据处理系统建设具有一定的参考价值。     

天基毫米波空间碎片观测雷达系统分析与设计

介绍了天基毫米波空间碎片观测雷达的难点和关键技术,提出了解决问题的思路。将同时多波束天线引入到高速目标探测中,分析了雷达天线和发射机的形式,采用多频信号处理方法解决多普勒模糊问题。给出了空间站载天基毫米波雷达的系统参数,分析了测距、测角、测速精度。在天球坐标系下建立了雷达平台坐标系,通过速度分解和坐标转换,结合雷达成像的方法分析了雷达和碎片间的相对速度、位置的几何关系,在此基础上对空间站载天基毫米波雷达系统空间碎片轨道预测性能进行了分析。
     

基于应变测量方法的卫星天线阵列变形检测

文章介绍了基于应变测量的卫星天线变形检测方法。该方法针对卫星天线在实际工作中产生的阵列形变,应用弹性力学的有关理论和解析方法,通过测量天线阵列单元面板表面的应变数据推导并拟合出天线阵列弯曲的挠度函数,绘制出天线阵列单元的变形构型。实验表明,该方法有较高的精度,能够为天线输出信号的相位校正控制提供依据。     

星载ScanSAR天线指向稳定度对辐射校正的影响

基于均匀加权天线模型,推导星载ScanSAR天线指向不稳定引起的多普勒中心频率估计误差,建立多普勒中心频率估计误差与图像辐射校正精度之间的数学模型,进而提出星载ScanSAR辐射校正对天线指向稳定度的要求。最后,通过计算机仿真,验证了理论分析的正确性。     

GPS/INS组合系统空中对准方法研究

针对单天线的GPS与捷联惯性导航组合系统,提出了一种空中对准方案,不同于传统的传递对准方法,仅依靠GPS测量信息进行速度匹配,完成空中初始对准。该方案采用扩展卡尔曼滤波方法解决对准过程中的非线性问题。仿真结果表明该方案的对准精度(1σ)可以达到水平姿态误差0.07,°方位误差0.3°。     

火星探测天线组阵数据接收技术研究和验证实验

为了满足我国首次火星探测任务的需要，确保探测器有效载荷科学数据的顺利下传，将采用天线组阵的方式进行数据接收。天线组阵数据接收技术在航天工程中的应用国内尚属首次，为此开展了信号合成方法和处理流程的研究，提出了利用模型计算和基于科斯塔斯环的搜索估计相结合的初始时延和多普勒频差快速估计方法。利用现有的密云站50 m天线和昆明站40 m天线，以嫦娥3号着陆器数传信号为实验对象，开展了天线组阵与数据接收技术检验实验。研究和实验结果表明，全频谱合成方法优于符号流合成方法，其合成损耗小于等于 0.45 dB ，可用于我国首次火星探测任务天线组阵的信号合成；初始时延和多普勒频差快速估计方法可提高广域组阵信号互相关的搜索效率；所确定的信号合成技术流程和数据处理方法可用于后续信号合成软硬件设备的研制和开发。     

一种适合于斜视TOPS SAR的改进PFA成像方法

针对斜视循序扫描地形观测(TOPS)合成孔径雷达(SAR)成像模式,对广义极坐标格式算法(PFA)进行改进,提出了一种先线性走动校正(LRWC)后PFA插值的成像方法。利用LRWC显著降低了距离向与方位向的耦合,简化了距离单元徙动校正过程。走动校正后方位向采样依然是均匀的,因此方位向插值可采用Chirp-Z变换快速实现。对于波束扫描及走动校正引起的多普勒调频率的方位空变问题,采用方位非线性变标(ANCS)的方法进行统一校正,大幅提高了方位向的聚焦深度,扩大了可良好聚焦的场景范围。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。     

激光跟踪仪在交会对接微波雷达多径试验中的应用

交会对接微波雷达多径试验是在地面模拟两个飞行器在轨交会对接过程中由舱体表面及遮挡对微波信号造成反射干扰的一种试验,其目的是验证激光雷达系统功能及安装位置的合理性。在近20 m远的距离上,对飞行器舱体上的微波雷达天线和微波应答天线进行角度及距离的精确测量。文章通过对试验环境、测量项目分析及不同精测方案比对,采用激光跟踪仪直接测量舱体结构,获得了准确的基准数据,有助于指导微波雷达在飞船轨道舱上的精确安装和提高交会对接微波雷达多径试验的精度。激光跟踪仪首次应用于交会对接微波雷达多径试验,相比经纬仪在航天器基准测量中具有更大的优势。     

基于地轴矢量解算的SINS无纬度支持自对准方法

针对无纬度条件下SINS初始对准问题，提出了一种基于地轴矢量解算的对准方法。在静止基座下，利用陀螺仪敏感地轴矢量，直接建立导航系轴向矢量在载体系的正交投影，解析式确定姿态矩阵；晃动基座条件下，根据惯性系重力矢量观测，构建以地轴矢量为旋转轴的两组等角旋转矢量序列，利用QUEST算法求解旋转四元数实现对地轴矢量的优化解算，并以此建立导航系轴向矢量的载体惯性系投影，最后利用陀螺跟踪载体系相对惯性系的变化，确定载体系相对导航系的姿态关系。静止基座解算实验表明直接解析式对准与传统的解析式对准精度相当，但解算效率得到了提高；晃动基座仿真与船载实验均表明基于四元数的地轴矢量优化解算在精度上要优于三矢量几何解算方法，引入低通滤波环节后，对准精度进一步提高。     

基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法

针对捷联惯导地面对准过程加速度计零位误差和标度误差难以精确分离,使用传统的真空修正方法无法校正系统误差等问题,提出了一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正新方法。充分利用了载体在真空段飞行时的特点,以加速度计输出的比力信息作为观测量,建立了基于真空滤波方案的系统状态方程和量测方程。对器件误差、系统误差状态变量的可观测度进行分析,给出了器件误差、系统误差的在线滤波修正方法。仿真结果表明,方法可以在线分离加速度计的零位误差和标度误差,同时能有效修正系统误差包括姿态角误差、速度误差以及位置误差,对提高捷联惯导的实际导航性能有重要的现实意义。     

频率源对雷达测速精度影响分析

针对高稳频率源如何影响雷达测速精度问题，构建基于频率源分析雷达测速精度的理论模型，利用同步校频和互备双锁相环(PLL)改进方案实现了高稳高可靠频率源，然后通过静态模拟试验和动目标跟踪试验，分析频率源幅度、准确度、稳定度及同步校频、锁相环等模块对多普勒和测速精度的影响。结果表明，锁相环能够提升频率源短稳，降低雷达测速随机误差，同步校频能够减小本地铷钟与外部基准的频差，减小雷达测速系统误差，通过双源和双锁相环的设计，频率源切换或锁相环路切换时，也能够保证测速雷达系统正常工作。